多端口级联式电力电子变压器可靠性评估模型及其应用

多端口级联式电力电子变压器(Power Electronic Transformer, PET)是未来实现多电压等级、交直流混联形态配电网的核心设备,其可靠性对于配电网可靠性水平影响较大。首先分析了多端口级联式PET典型拓扑结构及工作原理。其次基于工程可靠性原理研究建立了考虑器件冗余的PET可靠性评估模型。然后分析了PET对交直流混合配电网可靠性的影响。最后针对某"手拉手"结构交直流混合配电网进行算例分析。计算了PET不同设计模式、冗余度下的可靠性水平。进行了PET对交直流混合配电系统可靠性的影响及其灵敏度分析,验证了所提算法的正确性和有效性。     

基于电力电子变压器的交直流混合配电网功率-电压协调控制

传统交流配电网柔性调控能力不足,限制了分布式可再生能源(DER)的充分消纳和高效利用,DER接入引发的节点电压异常波动就是重要表现。利用双向多端口的电力电子变压器(PET)构建交直流混合配电系统可以实现灵活组网、减少交直流电量变换环节同时极大地增强对系统潮流调控能力,是解决DER在配网层面高比例接入的重要方案。本文对PET的拓扑结构、组网形式及控制模型进行研究,提出一种PET稳态模型,该模型集成了多个不同电压等级的交直流端口,且每个端口均可独立控制传输功率与端口电压,有利于主从或下垂控制等控制策略的实施。进一步提出了以交直流系统节点电压偏移最小为目标的PET功率-电压协调控制方法,对交直流混合配电算例系统的计算分析表明,交直流混合系统中的PET可以通过灵活、快速的端口功率控制,显著改善系统电压越限、应对分布式电源的出力波动,从而提高分布式电源渗透率、促进可再生能源的就地消纳。     

不平衡负载下三端口电力电子变压器二倍频功率解耦控制策略

电力电子变压器(powerelectronictransformer,PET)作为分布式可再生能源发电设备和交直流负荷灵活接入的有效解决方案,在交直流混合微电网中极具研究前景。其中,分布式电源和负荷的间歇性波动及不平衡交流负载的接入是影响PET端口输出电能质量的重要因素,PET多个端口之间的耦合作用会进一步影响其他端口负荷的正常运行。因此,研究不平衡负载工况下多端口PET的功率解耦控制策略非常关键。该文针对含交/直流端口的三端口PET拓扑结构,建立交流端口接入三相不平衡负载下PET二倍频功率传输模型,提出一种基于谐振控制的二倍频功率解耦策略,实现二倍频功率在PET不同端口间的解耦。最后,通过建立基于RT-Lab的硬件在环实验平台,验证所提控制策略的有效性。     

面向交直流混合配电应用的10kV-3MV·A四端口电力电子变压器

电力电子变压器是交直流混合配电系统中实现交直流电能变换与管控的核心设备,该文以应用于苏州同里交直流混合配电系统中10kV-3MV·A四端口电力电子变压器样机为对象,考虑示范工程中多电压等级的交直流设备接入需求,针对交直流混合配电接入的复杂应用场景,在电力电子变压器样机的电路拓扑设计和分布式控制技术方面开展研究,提出一种适用于多端口、直流真双极的电路拓扑及其端口协调控制策略.示范工程现场测试结果验证了该文中电力电子变压器样机设计能够满足交直流混合配电系统复杂应用需求,对于电力电子变压器在交直流混合配电网中推广应用及发展具有重要意义.     

基于电力电子变压器的中压直流互联配电网协调控制方法

多端口电力电子变压器(PET)作为柔性互联配电网关键装备,其端口解耦控制与区域协调控制是保证跨区域互联系统安全稳定运行的关键技术之一.文中以基于隔离型模块化多电平变换器(I-M2C)的多端口PET作为关键装备提出一种依靠中压直流(MVDC)馈线互联的柔性配电网架构.首先,分析基于MVDC馈线跨区域互联配电网方案的技术特点,建立基于双调制自由度的I-M2C型PET端口数学模型.然后,根据端口数学模型及不同稳态运行模式需求提出各端口基于双调制自由度的解耦控制方法.同时,介绍了跨区域互联模式下区域间主从控制策略,总结了柔性配电网在各工况下的运行模式.最后,通过MATLAB/Simulink搭建了10 kV仿真系统模型,验证了MVDC互联的柔性配电网协调控制策略的有效性与可行性.     

信息物理环境下基于电力电子变压器的跨台区光伏消纳策略

高比例光伏接入低压配电网易导致潮流反转和电压越限问题。在基于电力电子变压器(PET)互联的交直流配电网中,通过PET之间的功率互济实现光伏消纳,可有效降低潮流反转和电压越限的概率,如何协调交互功率是关键问题。配电网信息物理系统(CPS)集中控制可实现优化分配,但大规模配电网中难以保证通信质量。为此,提出了一种基于改进下垂特性的双模式自适应控制(DBAC)方法,以直流母线电压为全局变量,以各台区PET的端口状态为局部变量,通过引入传输因子,实现PET端口在发送或接收功率模式之间的平滑切换;通过引入不平衡因子,实现光伏功率在接收台区之间按需分配;无需跨台区通信和集中控制,即可实现跨台区PET之间的功率互济。为了验证所提策略的正确性和有效性,构建了由先进配电网小步长仿真机、OPNET和配电主站组成的配电网CPS仿真平台,建立了基于PET的交直流配电网信息物理模型。仿真算例的结果验证了所提DBAC方法可实现高比例光伏跨台区消纳。     

应用于海岛配电网的级联型PET控制策略

海岛配电网位于传统交流配电网末端,存在供电电源单一、网架结构薄弱和分布式能源利用率低等问题,同时还存在配电网的运行状态切换困难以及内部多设备控制模式和控制目标协同配合复杂等难题。为了提升系统的运行能力,应用级联型电力电子变压器(power electronic transformer, PET)构建海岛交直流混合配电网。通过分析实际工程的应用需求,综合考虑并设计PET控制架构及其策略,满足双向功率传输、双向启动、多运行模式及其切换等要求,并在回转器模型基础上增加直流电压前馈环路提升PET的响应特性。系统实验结果表明,PET可实现海岛交直流混合配电网的可控互联,有效提升其功率传输的灵活性和适应性,并为其安全可靠运行提供有力支撑。     

基于机会约束规划的多PET互联的交直流配电网日前优化调度

随着电力电子技术的发展,基于电力电子变压器(power electronic transformer,PET)构建可实现大范围互联的交直流配电网成为新的发展趋势。首先基于多PET应用于交直流配电网的应用场景,对其柔性调节作用进行了分析;其次,计及分布式电源日前预测出力的不确定性,构建了基于机会约束规划的多PET互联的交直流配电网日前优化调度模型;再次,利用蒙特卡洛方法模拟分布式电源出力的不确定性,采用粒子群优化算法对所提出的运行优化模型进行求解;最后,基于改进的IEEE 33节点算例对所提出的优化模型进行分析,通过与确定性运行优化模型进行比较,验证了所提模型的有效性和正确性。     

基于储能型柔性多状态开关的直流微电网与交流配电网柔性互联策略

柔性多状态开关大多采用"刚性"的变流控制策略,导致其端口惯性与阻尼不足,直流微电网通过其接入时难以与交流配电网进行柔性互联,无法响应交流配电网调频调压.为此,提出一种基于储能型柔性多状态开关的直流微电网与交流配电网柔性互联策略,交直流端口统一采用虚拟电机控制,通过模拟电机的惯性和阻尼特性使交直流端口呈现柔性特性,同时针对馈线负荷不均衡问题提出一种考虑直流微电网功率交互的负荷均衡策略.仿真结果表明,所提策略能够降低直流微电网波动对交流配电网的冲击,增强直流母线电压的稳定性,主动响应交流配电网调频调压,实现了馈线负荷均衡,提升了柔性多状态开关的调控灵活性.     

基于凸包络的交直流混合配电网安全域

现有配电网安全域研究主要针对交流配电网,文中提出基于凸包络的交直流混合配电网安全域模型.首先,计及电压约束、馈线容量约束和关键设备出力约束,构建交直流配电网非线性安全域模型.其次,基于非线性规划模型求解交直流混合配电网安全边界点.最后,采取凸包络拟合的方法生成可观测的安全域空间.算例结果验证了凸包络拟合的合理性和优越性,同时评估了交直流混合配电网中换流器控制方式、换流器无功补偿量和系统电压下限等因素对安全域大小的影响.     

计及需求侧响应的含PET交直流混合系统日前优化调度

近年来,基于清洁能源的分布式发电技术不断发展,风、光为代表的各类分布式电源在配电网的集成水平日渐提升,电力电子变压器由于其强大的端口功率调控特性可实现交流和直流分布式能源的"即插即用"。本文建立了计及损耗的电力电子变压器优化调度模型,并综合考虑需求侧可控负荷的响应能力,以运行经济性最优为目标,建立了含电力电子变压器的交直流混合系统日前优化调度模型,可生成含分布式电源、电储能系统、需求侧可控负荷的日前经济优化调度方案,基于电力电子变压器的灵活调控能力实现交直流混合系统中"源-荷-储"协调运行,显著提高了系统运行灵活性与经济性。     

基于配网重构的交直流混联配电网可靠性分析

传统10 kV等级供电区域为开环运行,并且区域之间联络开关都处于冷备用状态,一旦发生变压器故障,在联络开关闭合前负荷供电中断。同时变电站的主变设备设计容量大,主变压器平均负载率较低。一种好的解决方法是在传统10 kV交流配网中加入多端柔性直流互联装置建立交直流混联配电网。根据交直流混联配电网的特点,提出了一种适合于交直流混联配电网的可靠性评估方法,在保证系统可靠性的基础上,研究是否可以减小变压器容量冗余。建立了考虑备用元件的多端柔性直流互联系统的可靠性模型,采用支路交换法在变压器故障时进行配电网重构为负荷恢复供电。通过对加入多端柔性直流互联装置的10 kV配电网算例进行可靠性评估,结果证明了多端柔性直流互联装置接入配电网后,可以提高系统可靠性,同时根据系统配网重构的结果证明系统主变压器的设计容量可以减小。     

考虑多元用户报价的交直流混合配电网动态经济调度

针对交直流混合配电网中多元用户灵活互动的问题,提出一种考虑多元用户报价的交直流混合配电网动态经济调度策略模型。根据用户类别分别建立各类用户参与电网互动的模型,将储能按资产归属不同分为用户拥有的储能和电网公司拥有的储能,拥有储能的用户根据自身电能供应和需求可作为电能的供应者和需求者,向电网公司申报价格和电量来参与经济调度;以配电网购电成本最低为目标,考虑潮流约束,建立交直流混合配电网多时段动态经济调度模型,并采用内点法进行优化求解。基于一个交直流混合配电网算例进行仿真分析,结果表明所提模型能够降低电网公司购电成本,促进多元用户灵活互动及交直流配电网间的互动。     

基于柔性环网控制装置的交直流混合配电网接线模式研究

随着分布式电源、电动汽车等直流电源和直流负荷的大规模接入及用户对供电可靠性要求的提高,柔性直流技术在配电网中的应用越来越广泛。该文研究了含多端柔性环网控制装置的交直流混合配电网的典型网架结构;提出了传统交流配电网向交直流混合配电网的过渡目标、过渡原则、过渡过程,并给出了几种典型网架的过渡方式;最后,以三端柔性环网控制装置为例,通过对运行方式的划分,明确了含柔性环网控制装置的交直流混合配电网的运行方式及转换过程,为传统配电网向交直流混合配电网的升级提供理论依据。     

高比例新能源交直流混合配电网优化运行与安全分析研究综述

高比例间歇式清洁能源的接入实现了能源利用率的提高和碳排放的减少,但其出力的不确定性为交直流混合配电网的安全运行带来了挑战.同时,高效调度泛在灵活性资源可以促进风光资源的消纳,实现交直流混合配电网的安全经济运行.鉴于此,对高比例新能源交直流混合配电网优化运行与安全分析研究进行了综述.首先介绍了交直流混合配电网潮流模型及运行约束,包括非线性模型、线性化模型和凸松弛模型;其次阐述了交直流混合配电网优化调度研究,包括随机优化方法、两阶段/多阶段随机优化模型和灵活性运行;接着对交直流混合配电网进行了N-1安全分析和可靠性评估,构建了安全域模型;最后展望了未来交直流混合配电网安全分析与优化调度可研究的方向.     

考虑氢-电混合储能的直流配电网优化调度

针对氢-电混合储能系统的运行模型和多端柔性直流配电网的电压-功率下垂特性二次调节过程,提出了一种源-储-网联合多时间尺度优化调度策略.日前调度阶段以运行成本和电压偏差率最小为目标,优化混合储能运行模式、微型燃气轮机的启停与下垂特性二次调节参数,为日内优化调度提供参考;日内滚动优化调度阶段以经济性为目标,微调设备出力并修正预测误差带来的功率波动.以某环形多端直流配电网为例,验证了所提调度策略的可行性、混合储能的优势和下垂特性二次调节对运行的改善.     

考虑环境因素的多能源系统交直流混合供能优化策略

有效提高能源利用率、促进新能源消纳以及减少环境污染成本是当下发电用电企业十分关注的问题。提出并建立了一种多能源系统交直流混合并网供能优化模型,实现了电能的交直流柔性变换与多能源的综合利用。综合分析了能源局域网内交直流系统供电特性,结合供热系统供热特性、储能装置的充放特性以及煤炭的全生命周期,考虑功率平衡约束、各装置运行约束以及环境成本约束。利用GAMS优化软件求得调度周期内,传统交流并网模型和所搭建模型各系统的最佳出力及总运行成本,将两者的运行结果从供电供热等方面比较,验证了所述模型在减少运行成本、降低有害气体排放量以及削减煤耗量方面的优势。     

基于二阶锥规划的交直流主动配电网日前调度模型

为适应未来配电网可能出现的交直流混合拓扑形态,提出了基于二阶锥规划的交直流主动配电网多时段日前优化调度模型。该模型以购电费用和弃光弃风惩罚费用之和最小作为目标函数,通过分布式电源有功和无功调节、容抗器投切、储能充放电功率调节、电压源换流器无功调节及配电网动态重构等多种主动管理措施实现主动配电网有功功率-无功功率联合优化,消除潮流及电压越限,解决高比例分布式电源接入交直流主动配电网后的日前优化调度问题。50节点算例的分析验证了所提模型的正确性。     

含多端柔性直流电网的调度计划优化建模

发展建设多端柔性直流电网为大规模风光等清洁能源并网提供了一种新的技术手段。当直流电网与交流电网紧密耦合时,电网调度运行业务中的传统调度计划应用由于缺少对直流控制单元、交直流互动方式、直流电网潮流约束等问题的考虑,在调度对象、计划模式、平衡策略及交直流双侧网络约束等方面均缺少考虑。针对上述问题,提出了含多端柔性直流电网的调度计划优化建模方法。该模型可灵活处理交直流互动方式,新增了直流电网有功平衡及交直流双侧网络传输限额等约束,为直流电网纳入传统调度计划应用提供了一种建模策略。将所述模型应用于5端直流与新英格兰10机系统相结合的电网,验证了模型在处理交直流互联电网调度计划方面的灵活性及有效性。